![M3 - Struktur Atom Dan Sistim Periodik Unsur [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/m3-struktur-atom-dan-sistim-periodik-unsur.jpg)
14 0 2 MB
Kode KIM. 03
Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur
MODUL AJAR MATAKULIAH KIMIA DASAR FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN MAKASSAR 2020
Daftar Isi Halaman Sampul ………………………………………………………………………………………… i Daftar Isi ……………………………………………………………………………………………………… ii Peta Kedudukan Modul ……………………………………………………………………………… iv Daftar Judul Modul …………………………………………………………………………………………… v Glosary ……………………………………………………………………………………………………………… vi I. PENDAHULUAN A. B. C. D. E. F.
Deskripsi ........................................................................................................................... 1 Prasyarat .......................................................................................................................... 1 Petunjuk Penggunaan Modul ................................................................................... 2 Tujuan Akhir .................................................................................................................... 2 Kompetensi...................................................................................................................... 3 Cek Kemampuan ........................................................................................................... 5
II. PEMBELAJARAN A. Rencana Belajar Peserta Diklat ...................................................................... 6 B. Kegiatan Belajar........................................................................................................ 7 1. Kegiatan Belajar 1............................................................................................. 7 a. b. c. d. e. f.
Tujuan Kegiatan Pembelajaran ................................................................. 7 Uraian Materi .................................................................................................... 7 Rangkuman ..................................................................................................... 17 Tugas ................................................................................................................ 19 Tes Formatif ................................................................................................... 19 Kunci Jawaban............................................................................................... 19
2. Kegiatan Belajar 2.......................................................................................... 21 a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran .............................................................. 21 b. Uraian Materi ................................................................................................. 21 c. Rangkuman ..................................................................................................... 39 d. Tugas ................................................................................................................ 40 e. Tes Formatif ................................................................................................... 43 f. Kunci Jawaban............................................................................................... 44
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
ii
III. EVALUASI ....................................................................................................................... 45 A. Tes tertulis ................................................................................................................ 45 KUNCI JAWABAN ..................................................................................................... 47 A. Tes tertulis ................................................................................................................ 47 KRITERIA PENILAIAN ......................................................................................... 49 IV. PENUTUP .......................................................................................................................... 50 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 51
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
iii
Peta Kedudukan Modul MATERI DAN PERUBAHAN
LAMBANG UNSUR DAN PERSAMAAN REAKSI
STRUKTUR ATOM DAN SISTEM PERIODIK
KONSEP MOL
IKATAN KIMIA DAN
TATANAMA
LARUTAN ASAM BASA
REDOKS
KOLIGATIF LARUTAN
PENCEMARAN LINGKUNGAN
HIDROKARBON DAN MINYAK BUMI THERMOKIMIA
SISTEM KOLOID SENYAWA KARBON LAJU REAKSI
ELEKTROKIMIA POLIMER
KESETIMBANGAN
KIMIA LINGKUNGAN
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
viii
Daftar Judul Modul No.
Kode Modul
Judul Modul
1
KIM. 01
Materi dan Perubahannya
2
KIM. 02
Lambang Unsur dan Persamaan Reaksi
3
KIM. 03
Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur
4
KIM. 04
Konsep Mol
5
KIM. 05
Ikatan Kimia
6
KIM. 06
Larutan Asam Basa
7
KIM. 07
Koligatif Larutan
8
KIM. 08
Sistem Koloid
9
KIM. 09
Reaksi Oksidasi dan Reduksi
10
KIM. 10
Pencemaran Lingkungan
11
KIM. 11
Termokimia
12
KIM. 12
Laju Reaksi
13
KIM. 13
Kesetimbangan Kimia
14
KIM. 14
Elektrokimia
15
KIM. 15
Hidrokarbon dan Minyak Bumi
16
KIM. 16
Senyawa Karbon
17
KIM. 17
Polimer
18
KIM. 18
Kimia Lingkungan
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
v
Glossary Istilah
Keterangan
Partikel penyusun
Partikel-partikel utama yang dimaksud ialah elektron,
atom
proton, dan netron.
Sinar katoda
Elektron yang dihasilkan dari suatu katoda.
Sinar anoda
Proton yang merupakan sinar terusan/kanal yang berasal dari anoda.
Teori atom Bohr
Elektron dalam suatu atom bergerak mengitari sekeliling inti pada orbit/tingkat energi tertentu.
Model Atom
Letak dan kecepatan gerak elektron dalam atom
Mekanika Gelombang
merupakan kebolehjadian dan tidak dapat dipastikan, ditemukan dalam ruang ruang tertentu dalam atom yang disebut orbital.
Hukum Oktaf John
Bila unsur-unsur disusun menurut kenaikan
Newlands
massanya, setiap unsur kedelapan mempunyai sifat yang mirip dengan unsur pertama.
Golongan
Lajur tegak dalam Tabel Sistem Periodik yang menunjukkan kemiripan sifat unsur.
Periode
Deret mendatar dalam Tabel Sistem Periodik yang berurutan kenaikan nomor atomnya.
Sistem Periodik
Sifat unsur-unsur merupakan fungsi periodik dari
Panjang
nomor atom.
Jari-jari atom
Jarak dari inti atom sampai ke elektron pada kulit terluar.
Energi ionisasi
Energi yang diperlukan untuk melepas elektron terluar dari suatu atom dalam wujud gas.
Afinitas elektron
Energi yang yang dilepas oleh suatu atom dalam wujud gas pada saat menerima elektron.
Keelektronegatifan
Ukuran kemampuan suatu atom untuk menarik elektron dalam ikatannya.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
vi
BAB I. PENDAHULUAN A. Deskripsi Dalam modul ini Anda akan mempelajari beberapa teori atom dan perkembangan sistem periodik unsur. Seperti kita ketahui bahwa semua benda di alam ini tentunya dibentuk dari partikel-partikel yang amat kecil yang disebut atom. Pada perkembangannya ternyata atom bukanlah partikel yang paling kecil sebagai pembentuk suatu benda atau senyawa, akan tetapi atom terbentuk dari partikel-partikel dasar yang lebih kecil lagi. Dalam modul ini pula Anda akan dapat membandingkan beberapa pendapat para ahli tentang struktur atom. Dari sekian banyak unsur yang ada, tentu orang akan mengalami kesulitan bila mempelajari sifat-sifat unsur tersebut. Untuk memudahkan, maka beberapa ahli mengelompokkan unsur-unsur tersebut. Pertama-tama dilakukan kelogaman,
pengelompokan selanjutnya
secara
sederhana
pengelompokan
yaitu
berdasarkan
berdasarkan kenaikan
sifat massa
atomnya. Pengelompokan tersebut ternyata terdapat banyak kelemahan, akhirnya pengelompokan unsur-unsur dilakukan berdasarkan kenaikan nomor atom. Pengelompokan ini merupakan suatu kemajuan yang pesat, karena dapat mengkaitkan dengan sifat kimia, sifat fisika, dan massa unsur sekalipun masih terdapat sedikit kelemahan.
B. Prasyarat Sebelum Anda mempelajari modul ini dengan materi struktur atom dan sistem periodik ini, Anda harus telah mampu memahami partikel-partikel materi serta lambang unsur.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
1
C. Petunjuk Penggunaan Modul 1. Pelajari daftar isi serta skema kedudukan modul dengan cermat dan teliti, karena dalam skema modul akan tampak kedudukan modul yang sedang Anda pelajari ini di antara modul-modul lainnya. 2. Pahami setiap materi yang akan menunjang penguasaan Anda dengan membaca secara teliti. Kerjakan tes formatif dan evaluasi sebagai sarana latihan Anda. 3. Jawablah tes formatif dengan jawaban singkat dan jelas, serta kerjakan sesuai dengan kemampuan Anda setelah mempelajari modul ini. 4. Bila terdapat penugasan, kerjakan tugas tersebut dengan baik dan jika dirasa perlu konsultasikan dengan instruktur. 5. Catatlah kesulitan yang Anda temui dalam modul ini dan tanyakan kepada instruktur pada saat kegiatan tatap muka. Bacalah referensi yang berhubungan
dengan
materi
modul
ini
agar
Anda
mendapatkan
pengetahuan tambahan.
D. Tujuan Akhir Setelah mempelajari modul ini diharapkan Anda dapat: 1. Menjelaskan teori atom berdasarkan postulat yang diajukan Dalton. 2. Menjelaskan model atom Thomson. 3. Mendeskripsikan struktur atom. 4. Menjelaskan model atom Rutherford. 5. Menjelaskan model atom menurut Bohr. 6. Menjelaskan model atom mekanika gelombang. 7. Menjelaskan perkembangan dasar pengelompokan unsur-unsur. 8. Menganalisis sistem periodik pendek (Mendeleyev) dan menemukan kelemahannya. 9. Menjelaskan arti golongan, nama khusus beberapa golongan dan periode. 10. Menghubungkan konfigurasi elektron dengan pengelompokan unsur-unsur pada sistem periodik unsur. 11. Menganalisis tabel atau grafik sifat-sifat keperiodikan unsur (jari-jari atom, afinitas elektron, keelektronegatifan, dan energi ionisasi). Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
2
E. Kompetensi Kompetensi Program Mapel/Kode Durasi Pembelajaran SUB KOMPETENSI
1. Mendeskripsikan perkembangan teori atom
: STRUKTUR ATOM DAN SISTEMPERIODIK UNSUR : Matrikulasi : KIMIA/KIM. 03 : 4 JPL KRITERIA UNJUK KERJA
Perkembangan teori atom dijelaskan mulai dari teori atom Dalton hingga teori atom mekanika kuantum Teori atom yang satu dibandingkan dengan teori atom yang lain
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
LINGKUP BELAJAR
Perkembangan
teori atom
SIKAP
MATERI POKOK PEMBELAJARAN PENGETAHUAN KETERAMPILAN
Aktif mengungkapkan perkembangan teori atom
Penjelasan perkembangan teori atom Penjelasan kekurangan dan kelebihan masing-masing teori atom
Mengidentifikasikan kekurangan dan kelebihan masingmasing teori atom
3
2. Menginterpretasikan data-data yang terdapat dalam tabel sistem periodik
Sejarah perkembangan sistem periodik dikenal melalui studi kepustakaan Jumlah proton, elektron, dan neutron suatu unsur ditentukan berdasarkan nomor atom dan nomor massanya Golongan dan periode suatu unsur ditentukan berdasarkan konfigurasi elektron Sifat-sifat periodik unsur ditentukan sesuai tabel periodik unsur
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
Sejarah perkembangan sistem periodik unsur Nomor massa dan nomor atom Golongan dan periode suatu unsur Sifat-sifat periodk unsur
Cermat menunjukkan letak unsur-unsur dalam tabel sistem periodik
Penjelasan perkembangan penggolongan unsur - unsur Pengenalan tabel periodik unsur Penentuan nomor massa, nomor atom, jumlah elektron, proton, dan neutron Penjelasan tentang konfigurasi elektron Penentuan golongan dan periode Penjelasan sifatsifat periodik unsur
Menginterpretasikan data yang berhubungan antara nomor massa, nomor atom, dan konfigurasi elektron dengan tabel sistem periodik
4
F. Cek Kemampuan 1. Bagaimanakah pendapat John Dalton tentang atom? 2. Bagaimanakah pendapat Thomson tentang atom? 3. Deskripsikan struktur atom menurut pendapat Rutherford. 4. Bagaimanakah bunyi postulat Bohr tentang atom? 5. Bagaimanakah model atom menurut mekanika gelombang? 6. Jelaskan arti golongan dan periode pada tabel sistem periodik unsur. 7. Jelaskan hubungan konfigurasi elektron dengan pengelompokan unsurunsur pada tabel sistem periodik unsur. 8. Bagaimanakah sifat keperiodikan unsur (jari-jari atom, afinitas elektron, keelektronegatifan, dan energi ionisasi)?
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
5
BAB II. PEMBELAJARAN A. RENCANA BELAJAR KOMPETENSI : Mengidentifikasi struktur atom dan sifat-sifat periodik dari tabel periodik unsur. SUB KOMPETENSI : 1. Mendeskripsikan perkembangan teori atom. 2. Menginterpretasikan data yang terdapat dalam tabel sistem periodik. Tulislah semua jenis kegiatan yang Anda lakukan di dalam tabel kegiatan di bawah ini. Jika ada perubahan dari rencana semula, berilah alasannya. .
Jenis Kegiatan
Tanggal
Waktu
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
Tempat Belajar
Alasan Perubahan
Tanda Tangan
6
B. KEGIATAN BELAJAR 1. Kegiatan Belajar 1 a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran 1 Setelah mempelajari Kegiatan Belajar 1, diharapkan Anda mampu: 1. Menjelaskan teori atom berdasarkan postulat yang diajukan Dalton. 2. Menjelaskan model atom Thomson. 3. Mendeskripsikan struktur atom. 4. Menjelaskan model atom Rutherford. 5. Menjelaskan model atom menurut Bohr. 6. Menjelaskan model atom mekanika gelombang.
b. Uraian Materi 1 Teori Atom 1. Model Atom Dalton Masa modern kimia diawali sejak proposal John Dalton tentang teori atom dalam bukunya “New system of chemical philosophy ” 1808. Jauh sebelum Dalton sebenarnya beberapa teori telah diajukan oleh ilmuwan Yunani Leucippos yang dilanjutkan oleh Democritos pada abad ketiga sebelum Masehi. Akan tetapi teori Dalton ini sangat melengkapi dan lebih cocok, sehingga teori ini mampu menumbuhkan ilmu kimia.
Gambar 1. John Dalton
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
7
Pada tahun 1808, John Dalton seorang ahli kimia bangsa Inggris mengemukakan gagasannya tentang atom sebagai partikel penyusun materi. Menurut teori atom Dalton: 1. Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. 2. Atom suatu unsur yang sama mempunyai bobot yang sama, sedang unsur yang berbeda atomnya akan berbeda pula, yang berarti mempunyai bobot berbeda. 3. Senyawa dikatakan sebagai hasil dari penggabungan atom-atom yang tidak sama dengan perbandingan bobot yang proporsional dengan bobot atom yang bergabung itu. 4. Reaksi kimia hanya melibatkan penataulangan atom-atom sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.
Gambar 2. Model atom Dalton Kata atom sebenarnya berasal dari bahasa Latin atomos, yang berarti tidak terbelahkan. 2. Model Atom Thomson Penemuan elektron atas jasa J. J Thomson dan R. Millikan pada tahun-tahun pertama abad ke-20 memberikan bukti ketidaksempurnaan model atom Dalton. J. J Thomson merinci model atom Dalton yang mengemukakan, bahwa di dalam atom terdapat elektron-elektron yang tersebar secara merata dalam “bola” bermuatan positip. Keadaannya mirip roti kismis. Kismis (diumpamakan sebagai elektron) tersebar dalam seluruh bagian dari roti (diumpamakan sebagai bola bermuatan positip).
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
8
Gambar 3. Model atom Thomson 3. Struktur Atom Menjelang abad ke-19 dengan ditemukan adanya elektron dan gejala radioaktivitas, maka atom bukan lagi partikel yang tidak dapat dibagi-bagi lagi, melainkan atom itu mengandung sejumlah partikel subatomik. Partikel-partikel utama yang dimaksud ialah elektron, proton, dan netron. Sedang partikel lain yang terdapat di dalam atom diantaranya ialah positron, neutrino dan meson. Partikel-partikel lain ini biasanya diperoleh selama terjadi perubahan-perubahan. a. Elektron Bila suatu muatan listrik dilewatkan melalui tabung Geisler yang berisi gas dengan tekanan sangat rendah, maka akan diemisikan seberkas sinar dari katoda. Sinar ini biasa disebut sinar katoda yang ditemukan oleh Plucker (1859) dan diteliti oleh Hittorf (1869) dan William Crookes (1879 – 1885).
Gambar 4. Pembuktian sinar katoda Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
9
Sinar ini bergerak lurus meninggalkan katoda dengan kecepatan tinggi dan dapat menimbulkan bayangan kabur bila diberi tabir, dapat dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik. Thomson (1897) berhasil menentukan harga perbandingan e/m, yaitu perbandingan muatan listrik dengan massa. Akhirnya Stoney (1874) memberikan nama partikel itu sebagai elektron yang selalu dikandung oleh semua materi dengan harga e/m yang sama. Harga e/m yang terbesar dimiliki oleh atom hidrogen. Diperoleh harga e = 1,602 x 10-19 C dan m = 9,11
x 10-34 g. b. Proton Oleh
karena
elektron
merupakan
penyusun
atom
yang
bermuatan negatip, berarti materi harus mengandung penyusun lain yang bermuatan positip. Hal ini dibuktikan oleh Goldstein (1886) dan Wien yang juga disebut sinar terusan atau sinar kanal. Partikel positip ini terjadi karena tabrakan antara partkel gas dalam tabung dengan elektron berenergi besar yang bergerak dari katoda ke anoda dalam tabung gas. katoda
Pompa hidap
anoda
Sinar anoda
Gambar 5. Pembuktian sinar positip Dari berbagai eksperimen diperoleh dua perbedaan terpenting dari pengukuran e/m terhadap elektron. a.
Perbandingan muatan/massa untuk ion positip berbeda, jika gas dalam tabung berbeda. Pada massa pengukuran e/m elektron diperoleh harga yang sama apapun jenis gas yang terdapat di dalamnya.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
10
b.
Harga muatan/massa untuk ion positip jauh lebih kecil dari harga untuk elektron. Fakta ini menunjukkan bahwa ion positip terbentuk dari gas yang terdapat dalam tabung dan massanya lebih besar dari massa elektron.
Diperoleh hasil, bahwa harga e/m untuk sinar terusan hidrogen lebih besar dari e/m untuk elektron. Dari sini dipostulatkan, bahwa H + adalah suatu partikel dasar atom yang besar muatannya sama dengan muatan elektron tetapi tandanya berlawanan. e/m elektron = 1,76 x 108 Coulomb/g e/m ion H+ massa elektron H massa
= 96520/1,008 Coulomb/g =
96520 1,76.108.1,008
=
1 1837
c. Netron Rutherford (1920) meramalkan bahwa kemungkinan besar di dalam inti terdapat partikel dasar yang tidak bermuatan. Akan tetapi karena netralnya, maka partikel ini sukar dideteksi. Selanjutnya tahun 1932 James Chadwick dapat menemukan netron. Dari reaksi inti, partikel dengan massa 4 dapat ditangkap oleh boron (Ar = 11) menghasilkan nitrogen (Ar = 14) dan netron dengan massa 1. Reaksi inti ini ditunjukkan oleh persamaan : 2He4 + 5B11 7N14 + 0n1 Dengan demikian maka partikel elektron, proton dan netron merupakan penyusun dasar suatu materi.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
11
Layar Lempeng timbal
Lempeng emas Sinar alpha
Lobang kecil
Sumbe
Gambar 6. Percobaan Rutherford
Lempeng emas
Gambar 7. Penembakan sinar a pada lempeng emas Sifat-sifat partikel-partikel dasar penyusun atom yang dikemukan di atas dapat ditabulasikan berikut ini.
Tabel 1. Beberapa sifat partikel dasar penyusun atom Partikel dan Lambang
Massa Penemu
Muatan
Sesungguhnya (gram)
Relatif Terhadap proton
Proton (p)
Goldstein (1886)
1,673 x 10 -24
1
Netron (n)
James Chadwick (1932)
1,675 x 10 -24
1
Elektron (e)
J. J Thomson (1897)
9,11 x 10 -28
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
1/1836
Sesungguhnya
+4,803 x 10 -14 ses (+1,6 x 10-19 C) 0
-4,803 x 10 -30 ses (- 1,9 x 10 -19 C)
Relatif terhada p poton
+1 0
-1
12
Catatan:
ses = satuan elektrostatis C = Coulomb
4. Model Atom Rutherford dan Kelemahannya Rutherford mengajukan teori atomnya, yaitu: a. Sebagian besar atom berupa ruang kosong, sehingga semua massa atom terpusat pada inti atom yang sangat kecil. b. Atom disusun dari: i. Inti atom yang bermuatan positip. ii. Elektron-elektron yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom. c. Seluruh proton terpusat di dalam inti atom. d. Banyaknya proton di dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti atom, sehingga atom bersifat netral.
Gambar 8. Ernest Rutherford Dari teorinya, Rutherford memodelkan atom sebagaimana pada sistem tata surya, yaitu elektron-elektron bergerak mengelilingi inti atom seperti planet-planet mengitari matahari. Sebagai contoh, atom hidrogen mempunyai inti yang bermuatan +1, maka muatan ini diimbangi oleh 1 elektron yang mengitari inti.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
13
elektron inti atom
Gambar 9. Model Atom Rutherford Satu keberatan dari postulat Rutherford adalah selama elektron bergerak dalam suatu orbit, maka ada percepatan menuju ke pusat, elektron ini secara kontinyu mengemisikan radiasi dan secara berangsurangsur akan melepaskan energi yang akhirnya akan jatuh ke dalam inti. Hal ini adalah tidak mungkin terjadi karena atom itu stabil lagi pula model ini tidak dapat memperoleh data dari penelitian spektrum atom unsurunsur.
Gambar 10. Kelemahan model atom Rutherford 5. Model Atom Bohr Tahun 1913 Bohr mengusulkan suatu model atom yang dapat dijelaskan melalui spektra hidrogen. Ia menerima konsep ini seperti yang diusulkan oleh Rutherford,akan tetapi dengan menerapkan teori kuantum radiasi seperti yang dikembangkan oleh Planck dan Einstein dalam menerangkan sifat-sifat sistem planet elektron.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
14
Gambar 11. Niels Bohr Postulat Bohr berbunyi: a. Elektron dalam suatu atom bergerak mengitari sekeliling inti pada orbit tertentu. Setiap orbit mempunyai tingkat energi tertentu dan energi suatu elektron adalah tetap selama berada pada orbitnya. Elektron yang berada pada tingkat ini disebut tingkat stasioner dan setiap tingkat energi dinamakan tingkat energi atau kulit. Elektron pada tingkat energi ini tidak meradiasikan energi.
Gambar 12. Model Atom Bohr b. Emisi dan absorpsi energi dalam bentuk radiasi hanya dapat dihasilkan jika suatu elektron pindah dari tingkat stasioner ke tingkat lainnya.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
15
c. Energi tidak diemisikan atau diabsorpsi secara pelan-pelan, tetapi dalam satuan/paket h (disebut kuantum), dengan h adalah tetapan Planck dan adalah frekuensi energi yang diradiasikan. d. Lebih jauh tingkat energi dari inti, maka lebih besar pula energinya. Energi diabsorpsi bila elektron melompat dari orbit bagian dalam ke orbit yang lebih luar. Energi akan diemisikan bila elektron bergerak dari orbit yang luar ke orbit yang lebih dalam. Besarnya kuantum yang diemisikan atau diabsorpsikan dapat ditentukan dari tingkat energi elektron mula-mula dan tingkat akhir setelah mencapai keadaan stasioner. Bila E2 dan E1 masing-masing adalah tingkat energi awal dan akhir, sedang adalah frekuensi maka: E = E1 - E2 = h e. Energi yang ada pada setiap orbit dipengaruhi oleh kondisi di mana momentum anguler (m v r) elektron yang bergerak dalam orbitnya mempunyai nilai tertentu yang secara sederhana merupakan kelipatan dari h/2 . Dengan m = massa elektron, v = kecepatan, r = jari-jari orbit, h = tetapan Planck, dan = orbit yang ditempati elektron (1, 2, 3, …… atau sesuai huruf K, L, M, … …. ).
Gambar 13. Perpindahan elektron dalam atom hidrogen
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
16
6.
Model Atom Mekanika Gelombang Pada tahun 1924, Louis de Broglie ahli fisika Prancis pemenang hadiah Nobel tahun 1929, menyimpulkan bahwa elektron dalam atom dapat dipandang sebagai partikel dan gelombang. Sebagai akibat dualistis sifat elektron, Heisenberg pemenang hadiah nobel untuk bidang fisika tahun 1926 mengemukakan azas ketidakpastian, yakni tidak mungkin mengetahui secara bersamaan kedudukan dan kecepatan gerak elektron. Dengan alasan ini lintasan elektron yang digambarkan Bohr tidak mungkin ada. Yang dapat dikatakan adalah elektron dalam atom mempunyai kebolehjadian ditemukan dalam ruang-ruang tertentu dalam atom yang disebut orbital. Gagasan bahwa elektron berada dalam orbital-orbital di seputar inti atom merupakan model atom yang mutakhir. Pada tahun 1926, Erwin Schrodinger seorang ahli fisika Austria pemenang hadiah nobel untuk bidang fisika tahun 1933, berhasil merumuskan persamaan gelombang untuk menggambarkan gerakan elektron
dalam
sebagaimana
atom.
yang
Energi
telah
dan
kita
bangun
pelajari,
ruang
diturunkan
orbital-orbital berdasarkan
perhitungan dengan menggunakan persamaan gelombang Schrodinger.
c. Rangkuman 1
Menurut teori atom Dalton: 1. Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. 2. Atom suatu unsur yang sama mempunyai bobot yang sama, sedang unsur yang berbeda atomnya akan berbeda pula, yang berarti mempunyai bobot berbeda. 3. Senyawa dikatakan sebagai hasil dari penggabungan atom-atom yang tidak sama dengan perbandingan bobot yang proporsional dengan bobot atom yang bergabung itu.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
17
4. Reaksi kimia hanya melibatkan penataulangan atom-atom sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.
Menurut J. J. Thomson: Bahwa di dalam atom terdapat elektron-elektron yang
tersebar
secara
merata
dalam
“bola”
bermuatan
positip.
Keadaannya mirip roti kismis. Partikel-partikel utama penyusun atom ialah elektron, proton, dan netron. Elektron terdapat dalam semua materi, merupakan sinar katoda yang bergerak lurus, dapat dibelokkan oleh medan magnet/ listrik. Muatan listriknya = 1,602 x 10-19 Coulumb dan massanya = 9,11 x 10-34 g.
Proton merupakan partikel
yang bermuatan positip, disebut sinar
terusan atau sinar kanal. Massanya = 1,673 x 10-24 gram.
Netron, partikel netral/tak bermuatan mempunyai massa mirip proton. Teori atom Rutherford: 1. Atom disusun dari: ?
Inti atom yang bermuatan positip.
?
Elektron-elektron yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom.
2. Dalam atom yang netral, banyaknya inti atom yang bermuatan positip sama dengan banyaknya elektron.
Postulat Bohr tentang atom: a. Elektron dalam suatu atom bergerak mengitari sekeliling inti pada orbit/tingkat energi tertentu. b. Lebih jauh tingkat energi dari inti, maka lebih besar pula energinya. c. Energi akan diemisikan bila elektron bergerak dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah. d. Energi akan diabsorpsi bila elektron bergerak dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi. e. Energi tidak diemisikan atau diabsorpsi secara pelan-pelan, tetapi dalam satuan/paket h (disebut kuantum).
Model Atom Mekanika Gelombang a. Bahwa elektron dalam atom sebagai partikel dan gelombang.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
18
b. Heisenberg mengemukakan azas ketidakpastian, yakni tidak mungkin mengetahui secara bersamaan kedudukan dan kecepatan gerak elektron. c. Jadi elektron dalam atom mempunyai kebolehjadian ditemukan dalam ruang-ruang tertentu dalam atom yang disebut orbital.
d. Tugas 1 1) Diskusikan dengan teman Anda kelemahan-kelemahan teori atom Dalton menurut teori atom modern. 2) Apakah kelemahan teori atom Rutherford. 3) Kapan bisa terjadi emisi energi dan absorpsi energi? 4) Diskusikan dengan teman Anda tentang hubungan antara lampu listrik yang menyala dengan teori atom Bohr, khususnya butir 3) di atas. 5) Dapatkah kita menentukan secara pasti letak elektron?
e. Tes Formatif 1 1. Berikan tiga nama partikel dasar yang ada dalam atom. Uraikan bagaimana ditemukannya dan jelaskan sifat-sifatnya. 2. Sebutkan kelebihan dan kekurangan teori atom Bohr. 3. Berikan alasan-alasan mengapa model atom Bohr untuk atom hidrogen menyalahi prinsip ketidakpastian Heisenberg. 4. Jelaskan yang dimaksud, bahwa elektron memiliki dua sifat yaitu sebagai partikel dan gelombang.
f. Kunci Jawaban formatif 1 1. Elektron: partikel bermuatan listrik negatip (sinar katoda), bergerak lurus, dibelokkan oleh medan magnet/ listrik. Proton: partikel bermuatan listrik positip (sinar terusan atau sinar kanal), bergerak lurus. Netron: partikel netral/tak bermuatan mempunyai massa mirip proton. Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
19
2. Kelebihan:
Adanya
tingkat
energi/lintasan
bagi
elektron,
dapat
menjelaskan emisi dan absorpsi energi dan dapat mengetahui jari-jari atom hidrogen dan ion sejenisnya, Kelemahan: tingkat energi masih bisa dibagi lagi menjadi beberapa sub tingkat energi, hanya cocok untuk atom/ion berelektron satu. 3. Bahwa elektron bersifat
sebagai partikel dan gelombang dan tidak
mungkin mengetahui secara bersamaan kedudukan dan kecepatan gerak elektron. 4. Bahwa elektron dalam atom memiliki sifat dualistis yaitu dapat dipandang sebagai partikel dan gelombang.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
20
2. Kegiatan Belajar 2 a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran 2 Setelah mempelajari Kegiatan Belajar 2, diharapkan Anda mampu: 1.
Menjelaskan perkembangan dasar pengelompokan unsur-unsur.
2.
Menganalisis sistem periodik pendek (Mendeleyev) dan menemukan kelemahannya.
3.
Menjelaskan arti golongan, nama khusus beberapa golongan dan periode.
4.
Menghubungkan konfigurasi elektron dengan pengelompokan unsurunsur pada sistem periodik unsur.
5.
Menganalisis tabel atau grafik sifat keperiodikan unsur (jari-jari atom, afinitas elektron, keelektronegatifan, dan energi ionisasi).
b. Uraian Materi 2 SISTEM PERIODIK 1. Pengelompokan Unsur-Unsur dan Perkembangannya Pengetahuan berbagai sifat fisis dan kimia yang dimiliki oleh unsur dan senyawanya telah banyak dikumpulkan oleh para ahli sejak dahulu. Akan tetapi pengetahuan tadi masih merupakan fakta-fakta yang terpisah-pisah, sehingga untuk mempermudah mempelajari, memahami, serta mengingat maka diperlukan penyusunan berdasarkan kesamaan atau kemiripan sifat-sifatnya. Tabel Sistem Periodik merupakan suatu cara untuk menyusun dan mengklasifikasi unsur-unsur, dimana unsur-unsur yang mirip sifatnya diletakkan pada kelompok yang sama. Dengan melihat Tabel Sistem Periodik, para kimiawan dalam sekejap dapat menginformasikan unsurunsur mana yang mempunyai kemiripan sifat.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
21
Pengelompokan unsur-unsur yang paling awal dan sederhana berdasarkan sifat-sifatnya adalah menjadi kelompok logam dan nonlogam.
Tabel 2. Sifat Logam dan Non-logam Logam
Non-logam
mempunyai kilap logam dapat ditempa dapat diulur menjadi kawat mengahantar panas dan listrik Pada umumnya berupa padatan
tidak mengkilap tidak dapat menghantar panas atau listrik pada ummnya berupa gas atau cairan
Lavoisier dalam bukunya (1789) mencatat 16 unsur logam dan 7 unsur bukan logam saat itu, yaitu:
1. Kelompok logam: Emas Tembaga Timah Seng
Antimon Besi Molibden Wolfram
Kobal Perak Mangan Platina Nikel Raksa Timbal Bismut
2. Kelompok bukan logam Belerang Arsen Karbon
Hidrogen Oksigen PosporNitrogen
Johann W. Dobereiner (1817) adalah orang pertama yang menemukan adanya hubungan antara sifat unsur dan massa atom relatifnya. Temuan Dobereiner adalah:
Jika tiga unsur yang sama sifatnya disusun secara berurutan menurut bertambahnya massa atom relatifnya, maka: o Massa atom relatif unsur yang kedua merupakan rata-rata massa atom relatif unsur pertama dan ketiga. o Sifat lain unsur yang kedua menunjukkan sifat antara yang pertama dan ketiga.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
22
Selanjutnya kelompok tiga unsur ini disebut “triade”.
Mari kita
perhatikan contoh berikut.
Tabel 3. Triade Dobereiner Triade Li Na K Ca Sr Ba
Massa Atom Relatif 6,940 22,997 39,100 40,08 87,63 137,36
Massa Atom Relatif Unsur Kedua 6,940 39,100 23,02 2 40,08 137,36 88,72 2
Meskipun triade Dobereiner ini masih jauh dari sempurna, namun temuan ini mendorong orang untuk menyusun daftar unsurunsur lebih lanjut sesuai dengan sifat-sifatnya. John Newlands (1865) menemukan hubungan lain antara sifat unsur dengan massa atom relatif, sesuai dengan hukum yang disebutnya “hukum oktaf”. Ia menyusun unsur-unsur ke dalam kelompok tujuh unsur dan setiap unsur kedelapan mempunyai sifat yang mirip dengan unsur pertama, unsur kesembilan mirip dengan unsur kedua, dan seterusnya.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
23
Tabel 4. Daftar Newlands H
Li
Be
B
C
N
O
1
2
3
4
5
6
7
F
Na
Mg
Al
Si
P
S
8
9
10
11
12
13
14
Cl
K
Ca
Cr
Ti
Mn
Fe
15
16
17
18
19
20
21
Cu
Zn
Y
In
As
Se
23
24
25
26
27
28
Br
Rb
Sr
Di dan
Ro dan
29
30
31
Mo
Ru
34
35
Pd
Ag
Cd
U
Sn
Sb
I
36
37
38
39
40
41
42
Te
Cs
Ba dan V
Ta
W
Nb
Au
43
44
45
46
47
48
49
Os
Hg
Tl
Pb
Bi
Th
51
52
53
54
55
56
Co dan Ni 22
Ce dan La 32
Zr 33
Pt dan Ir 50
Simpulan dari Daftar Newlands adalah:
Sifat-sifat unsur merupakan pengulangan secara oktaf
Kelemahannya ialah:
Tidak memperhitungkan letak unsur-unsur yang belum ditemukan
Terdapat banyak pasangan unsur yang terpaksa ditempatkan pada satu posisi daftar. Begeyer de Chancourtois, adalah orang pertama yang
berhasil
memperoleh
suatu
penyusunan
unsur
secara
periodik
berdasarkan fakta bahwa jika unsur-unsur disusun menurut penurunan massa atom, diperoleh secara periodik unsur yang sifatnya mirip. Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
24
De Chancourtois menggunakan harga massa atom relatif dalam garis lilitan sebuah silinder tegak. Dibaginya permukaan badan silinder menjadi enambelas bagian yang sama dengan garis yang sejajar dengan sumber silinder, berdasarkan massa atom relatif oksigen-16. Kurva dialurkan dari dasar silinder ke atas dengan sudut 45 o. Kurva ini disebut “Telluric Screw” dan pada garis vertikal terdapat unsur-unsur yang mirip sifatnya.
Gambar 14. “Telluric screw” de Chancourtois
2. Sistem Periodik Pendek Julius Lothar Meyer (1870 dari Jerman) menemukan hubungan yang lebih jelas antara sifat unsur dan massa atom relatif. Ia menemukan keperiodikan sifat unsur-unsur, jika unsur-unsur disusun menurut kenaikan massa atom relatif. Dalam mempelajari keperiodikan unsur-unsur ia lebih menekankan pada sifat-sifat fisika. Meyer membuat grafik dengan mengalurkan volume atom unsur terhadap massa atom relatif. Volume atom unsur diperoleh dengan cara membagi massa atom relatif dengan kerapatan unsur. Grafik menunjukkan Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
25
bahwa unsur-unsur yang sifatnya mirip terletak pada bagian grafik yang mirip bentuknya. Misalnya Na, K, Rb terdapat di puncak grafik, ini menunjukkan bahwa ada hubungan antara sifat unsur dengan massa atom relatifnya. Di Rusia Mendeleyev (1869) juga menyusun satu daftar seperti yang dilakukan Meyer yang terdiri dari 65 unsur yang telah dikenal pada masa itu. Selain dari sifat fisika, ia menggunakan sifat-sifat kimia untuk menyusun daftar unsur-unsur berdasarkan kenaikan massa atom relatif.
Gambar 15. Dmitry Mendeleyev dan Sistem Periodik dalam prangko Mendeleyev mengungkapkan suatu hukum periodik yang berbunyi: “Sifat unsur-unsur merupakan fungsi periodik dari massa atom relatifnya” Tabel Sistem Periodik Mendeleyev yang telah disempurnakan (1871) terdiri atas golongan (lajur tegak) dan periode (deret mendatar) seperti tampak pada tabel halaman 39.
Keuntungan Tabel Periodik Mendeleyev dalam memahami sifat unsur ialah: 1. Sifat kimia dan sifat fisika unsur dalam satu golongan berubah secara teratur. 2. Dapat meramal sifat unsur yang belum diketemukan, yang akan mengisi tempat kosong dalam daftar. Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
26
3. Tabel ini tidak mengalami perubahan setelah penemuan unsur-unsur gas mulia.
Kelemahan Tabel Periodik Mendeleyev: 1. Panjang periode tidak sama. 2. Triade besi (Fe, Co, dan Ni), triade platina ringan (Ru, Rh, dan Pd), dan triade platina (Os, Ir, dan Pt) dimasukkan ke dalam golongan VIII. 3. Selisih massa atom relatifnya antara dua unsur yang berurutan tidak teratur (antara –1 dan +4), sehingga sukar untuk meramal unsur-unsur yang belum ditemukan.
Tabel 5. Tabel Sistem Periodik Mendeleyev Periode
Gol I
Gol II
Gol III
Gol IV
Gol V
Gol VI
Gol VII
1
H1
2
Li 7
Be 9,4
B 11
C 12
N 14
O 16
F 19
3
Na 23
Mg 24
Al 27,3
Si 28
P 31
S 32
Cl 35,5
K 39
Ca 40
? 45
Tc 50
V 51
Cr 52
Mn 55
Cu 63,4
Zn 65,2
? 68
? 70
A s 75
Se 79,4
Br 80
Rb 85,4
Sr 87,6
Y (60)
Zr 90
Nb 94
Mo 96
? 100
Ag 108
Cd 112
In (75,6)
Sn 118
Sb 122
Te 128
I 127
Cs 133
Ba 137
?
La 180
Ta 182
W 186
Re …
Au 197
Hg 200
Tl 204
Pb 207
Bi 210
4
5
6
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
Gol VIII
Fe 56 Co 59 Ni 59
Ru 104,4 Rh 104,4 Pd 106,6
Os 199 Ir 198 Pt 197,4
27
3. Golongan, Periode, dan Sistem Periodik Panjang
Konfigurasi
Elektron
dalam
Henry Mosely melakukan percobaan menggunakan berbagai logam sebagai antikatoda pada tabung sinar X. Moseley menyimpulkan bahwa ada perubahan yang teratur dari energi sinar X sesuai dengan perubahan nomor atom dan bukan massa atom relatif. Dengan demikian hukum periodik menjadi: “Sifat unsur-unsur merupakan fungsi periodik dari nomor atom” Berikut kita pelajari Tabel Sistem Periodik sederhana, yaitu mulai
nomor atom 1 (hidrogen) sampai
nomor atom 20 (kalsium) seperti
ditunjukkan gambar 16. Kedua puluh unsur ini termasuk unsur-unsur utama dan nomor golongannya dibubuhi huruf A. Tabel Sistem Periodik selengkapnya tertera dihalaman 39, akan kita pelajari lebih lanjut di kelas II. Unsur-unsur yang terletak pada lajur tegak disebut golongan. Golongan-golongan diberi nomor I, II, III, dan seterusnya. Misalnya Golongan II terdiri dari unsur-unsur berilium, magnesium, dan kalsium. Unsur-unsur dalam deret mendatar disebut periode. Misalnya, delapan unsur-unsur mulai natrium sampai argon terletak dalam periode. Perhatikan pula struktur elektron unsur-unsur dalam gambar 16. Unsur-unsur tersebut mempunyai pola yang sama. Dari litium sampai neon, banyaknya elektron pada kulit terluar bertambah dari periode 1 sampai 8. Kemudian terulang lagi pada periode berikutnya dari natrium pada periode 1 sampai argon pada periode 8. Dalam setiap golongan, banyaknya elektron pada kulit terluar setiap unsur selalu sama sesuai nomor golongannya. Misalnya, fluor dan klor keduanya merupakan unsur-unsur yang terletak pada golongan VII, maka kedua unsur tersebut memiliki 7 elektron pada kulit terluarnya. Struktur elektron sangat penting untuk memahami sifat-sifat unsur pada Tabel Sistem Periodik. Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
28
Lambang unsur Konfigurasi elektron
Struktur elektron
Nama unsur
Nomor Atom
Nomor golongan
Nomor golongan = jumlah elektron valensi Nomor periode = jumlah kulit
Gambar 16. Konfigurasi elektron 20 unsur pertama dalam Sistem Periodik
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
29
Gambar 17. Sistem Periodik bentuk panjang Unsur-unsur utama yang terdiri dari delapan golongan dikenal dengan nama-nama tertentu sebagai berikut (tabel 6)
Tabel 6. Nama Golongan Unsur Utama Lambang Nama Golongan Golongan IA Golongan Alkali IIA Golongan Alkali Tanah IIIA Golongan Boron IVA Golongan Karbon VA Golongan Nitrogen VIA Golongan Oksigen VIIA Golongan Halogen VIIIA atau 0 Golongan Gas Mulia Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
Elektron Valensi 1 2 3 4 5 6 7 8 30
4. Sifat Keperiodikan Unsur Yang dimaksud dengan sifat-sifat periodik ialah bahwa ada hubungan antara sifat-sifat suatu unsur dengan letaknya pada Tabel Sistem Periodik. Sifat-sifat ini berubah dan berulang secara periodik, sesuai dengan perubahan nomor atom dan konfigurasi elektron. Berikut kita bahas tentang:
jari-jari
atom,
energi
ionisasi,
afinitas
elektron,
keelektronegatifan, dan kelogaman. a. Jari-jari atom
Jari-jari atom adalah jarak dari inti atom sampai ke elektron pada kulit terluar. Dikenal pula jari-jari ion positif dan jari-jari ion negatif.
Untuk unsur-unsur segolongan: Jari-jari atom makin ke bawah makin besar. Karena jumlah kulit yang dimiliki atom semakin banyak, maka kulit terluar semakin jauh dari inti atom.
Untuk unsur-unsur seperiode: Jari-jari atom semakin pendek dari kiri ke kanan. Sekalipun jumlah kulitnya sama, tetapi banyaknya proton bertambah sehingga elektron-elektron terluar tertarik lebih dekat ke arah inti. Hubungan antara nomor atom dengan jari-jari atom digambarkan dalam grafik berikut (gambar 8).
Gambar 18. Hubungan nomor atom dengan jari-jari atom
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
31
Jari-jari ion positip: Jika suatu atom melepaskan
elektron sehingga terbentuk ion
positip (kation), X+ + 1 e X Pada kation jumlah proton lebih banyak daripada elektron dan mempunyai konfigurasi elektron yang stabil seperti pada gas mulia. Tabel 7. Perbandingan atom dan kationnya Atom
Ion
Atom
Ion
Atom
Ion
Na
Na+
Mg
Mg2+
Al
Al3+
Jumlah proton
11
11
12
12
13
13
Jumlah
11
10
12
10
13
10
elektron
2. 8. 1
2. 8
2. 8. 2
2. 8
2. 8. 3
2. 8
Konfigurasi elektron
Jari-jari kation ini lebih kecil daripada jari-jari atomnya. Hal ini disebabkan lepasnya elektron terluar mengakibatkan kulitnya berkurang.
Tabel 8. Ukuran jari-jari atom dan kationnya Na = 186 pm
Mg = 140 pm Al = 126 pm
Na+ = 99 pm
Mg2+ = 66 pm Al3+ = 51 pm
Atom
Kation
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
32
Jari-jari ion negatif Jika suatu atom menangkap elektron sehingga terbentuk ion negatif (anion), Y-
Y + 1e
Pada anion jumlah elektron lebih banyak daripada proton
dan
mempunyai konfigurasi elektron yang stabil seperti pada gas mulia.
Tabel 9. Perbandingan atom dan anionnya
Jumlah proton
Atom P Ion P 15 15
Atom S 16
Jumlah elektron
15
18
16
Konfigurasi
2. 8. 5
2. 8. 8
2. 8. 6 2. 8. 8
3-
Ion S 16
Atom Cl 17
Ion Cl3 17
18
17
18
2-
2. 8. 7 2. 8.
elektron
8
Jari-jari anion ini lebih besar daripada jari-jari atomnya. Sebab tambahan elektron ini mengakibatkan terjadi tolak-menolak antar elektron di kulit terluar.
Tabel 10. Perbandingan jari-jari atom dan anionnya P = 110 pm
S = 102 pmCl = 99 pm
P3- = 212 pm
S2- = 184 pm
Atom Cl- = 181 pm
Anion
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
33
b. Energi ionisasi Untuk melepas elektron terluar dari suatu atom dalam wujud gas diperlukan energi. Energi minimum yang diperlukan ini disebut energi
ionisasi pertama. Selain itu dikenal pula energi ionisasi kedua, ketiga, dan seterusnya. Energi ionisasi kedua, berarti energi minimum yang diperlukan untuk melepas elektron kedua dari suatu ion yang bermuatan +1. Besarnya energi ionisasi 20 unsur pertama tampak pada Tabel 11 berikut.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
34
Tabel 11. Harga Energi Ionisasi 20 Unsur Pertama (kJ. mol-1) Unsur
1
H
1312
He
2371
2
3
4
5
6
7
8
6247
Li
520 7297
11810
Be
900 1751
14840
21000
B
800 2430
3659
25020 32810
C
1088
2352
4619
6221
37800 47300
N
1402
2857
4577
7473
9443
O
1314
3391
5301
7468
10980 13320
71300 84050
F
1681
3375
6045
8418
11020 15160
17860 92000
Ne
2080
3963
6278
9376
12190 15230
Na
497 4565
6912
9540
13360 16610
20110 25490
Mg
738 1450
7732
10550 13620 18000
21700 25660
Al
577 1816
2744
11580 15030 18370
23290 27460
Si
786 1577
3229
4356
16080 19790
23780 29250
53250
63340
-
-
P
1012
1896
2910
4954
6272
21270
25410 29840
S
1000
2260
3380
4565
6996
8490
28080 31720
Cl
1256
2297
3850
5146
6544
9330
11020 33600
Ar
1520
2665
3947
5770
7240
8810
11970 13840
K
419 3069
4600
5879
7971
9619
11380 14950
Ca
589 1146
4941
6485
8142
10520
12350 13830
Secara umum disimpulkan, bahwa: Semakin besar energi ionisasi, semakin sukar atom itu melepaskan elektron terluarnya. Jadi semakin stabil atom tersebut. Energi ionisasi unsur-unsur dalam satu golongan dari atas ke bawah berkurang dan dalam satu periode dari kiri ke kanan bertambah besar.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
35
Gambar 19 berikut menunjukkan hubungan antara nomor atom dengan energi ionisasi pertama
Gambar 19. Hubungan Nomor Atom dengan Energi Ionisasi Pertama
c. Afinitas Elektron Jika suatu atom dalam wujud gas menerima elektron, maka dilepaskan energi. Energi yang dilepas ini disebut afinitas elektron. X (g) + e
-
X (g)
Masih banyak atom-atom yang belum diketahui harga afinitas elektronnya, karena penentuan harga afinitas elektron secara langsung sulit dilakukan. Secara umum disimpulkan, bahwa
Semakin besar harga afinitas elektron suatu atom, semakin mudah unsur tersebut membentuk ion negatif. Unsur-unsur yang mudah membentuk ion negatif disebut unsur yang elektronegatif. Harga afinitas elektron kurang menunjukkan sifat keperiodikan, sehingga sering digunakan skala keelektronegatifan. Akan tetapi secara umum dapat disimpulkan, bahwa: Afinitas elektron unsur-unsur dalam satu golongan dari atas ke bawah berkurang dan dalam satu periode dari kiri ke kanan bertambah
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
36
d. Keelektronegatifan
Keelektronegatifan merupakan ukuran kemampuan suatu atom untuk
menarik
elektron
dalam
ikatannya.
Besarnya
harga
keelektronegatifan bersifat relatif antara suatu atom dengan atom lain. Linus Pauling (1932) memberi harga tertinggi pada fluor (4) karena paling
mudah
membentuk
ion
negatif.
Beberapa
harga
keelektronegatifan unsur-unsur utama disajikan dalam Tabel 12 berikut.
Tabel 12. Harga Keelektronegatifan Beberapa Unsur Utama
H 2. 10
Li
Be 1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
0,9
1,2
1,5
1,8
2,1
2,5
3,0
K
Ca
Ga
Ge
As
Se
Br
Rb
Sr
In
Sn
Sb
Te 2,1
I
2,5
Cs
Ba
Tl
Pb
Bi
Po
At
0,9
1,8
1,8
1,9
2,0
2,2
1,0
0,8 0,8 0,7
Fr
0,7
1,0 1,0
B
1,6 1,7
C
1,8 1,8
N
2,0 1,9
O
2,4
F
2,8
Ra 0,9
Dalam sistem periodik dapat disimpulkan:
Unsur-unsur dalam satu golongan dari atas ke bawah harga keelektronegatifannya berkurang. Unsur-unsur dalam satu periode dari kiri ke kanan harga keelektronegatifannya semakin besar. Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
37
e. Sifat kelogaman Unsur-unsur dalam sistem periodik juga dikelompokkan menjadi logam dan non-logam. Batas antara logam dan non-logam tidak begitu jelas karena ada beberapa unsur yang dapat memilik sifat logam maupun non-logam, unsur-unsur ini termasuk kelompok semi logam atau metalloid. Unsur-unsur metaloid terletak pada batas garis tangga diagonal, yaitu B, Si, Ge, As, Sb, dan Te. Sebelah kiri batas garis diletakkan unsur-unsur logam, sedang unsur-unsur logam terletak di sebelah kanan.
Gambar 20. Letak Unsur-unsur Logam dan Nonlogam dalam Sistem Periodik
Berdasarkan energi ionisasi, afinitas elektron dan
kelektronegatifan,
maka sifat kelogaman dalam sistem periodik dapat disimpulkan sebagai berikut. Dalam satu golongan dari atas ke bawah sifat logam bertambah. Dalam satu periode dari kiri ke kanan sifat logam berkurang.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
38
c. Rangkuman 2
Tabel Sistem Periodik Unsur merupakan suatu cara untuk menyusun dan mengklasifikasi unsur-unsur, dimana unsur-unsur yang mirip sifatnya diletakkan pada kelompok yang sama.
Lavoisier (1789) mengelompokkan unsur-unsur menjadi kelompok logam dan non-logam.
Hukum Triade Johann W. Dobereiner (1817): Jika tiga unsur yang sama sifatnya disusun menurut bertambahnya massa atom relatifnya, maka massa atom relatif unsur yang kedua merupakan rata-rata massa atom relatif unsur pertama dan ketiga.
Hukum Oktaf John Newlands (1865): Setiap unsur kedelapan mempunyai sifat yang mirip dengan unsur pertama.
“Telluric Screw” Begeyer de Chancourtois: Jika unsur-unsur disusun menurut penurunan massa atom, diperoleh secara periodik unsur yang sifatnya mirip. Kurva dialurkan dari dasar silinder ke atas dengan sudut 45o.
Sistem Periodik Pendek Julius Lothar Meyer
(Jerman, 1870): Adanya
hubungan keperiodikan antara sifat-sifat fisika unsur dengan massa atom relatif.
Sistem Periodik Pendek Mendeleyev (Rusia, 1869): Adanya hubungan keperiodikan antara sifat-sifat fisika dan kimia unsur dengan massa atom relatif. Tabel Sistem Periodik Mendeleyev yang telah disempurnakan (1871) terdiri atas golongan (lajur tegak) dan periode (deret mendatar)
Sistem Periodik Panjang Henry Mosely: “Sifat unsur-unsur merupakan
fungsi periodik dari nomor atom”. Nomor golongan = jumlah elektron valensi , Nomor periode = jumlah kulit.
Jari-jari atom adalah jarak dari inti atom sampai ke elektron pada kulit terluar. Dalam satu golongan:Jari-jari atom makin ke bawah makin besar. Dalam satu periode: Jari-jari atom semakin pendek dari kiri ke kanan.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
39
Energi ionisasi: Energi yang diperlukan untuk melepas elektron terluar dari suatu atom dalam wujud gas. Energi ionisasi unsur-unsur dalam satu golongan dari atas ke bawah berkurang. Energi ionisasi dalam satu periode dari kiri ke kanan bertambah besar Semakin besar energi ionisasi, semakin sukar atom itu melepaskan elektron terluarnya. Jadi semakin stabil atom tersebut.
Afinitas elektron: Energi yang yang dilepas oleh suatu atom dalam wujud gas pada saat menerima electron. Semakin besar harga afinitas elektron suatu atom, semakin mudah unsur tersebut membentuk ion negatif. Afinitas elektron unsur-unsur dalam satu golongan dari atas ke bawah berkurang dan dalam satu periode dari kiri ke kanan bertambah
Keelektronegatifan merupakan ukuran kemampuan suatu atom untuk menarik elektron dalam ikatannya. Unsur-unsur dalam satu golongan dari atas ke bawah harga keelektronegatifannya berkurang. Unsur-unsur dalam satu periode dari kiri ke kanan harga keelektronegatifannya semakin besar.
Dalam satu golongan dari atas ke bawah sifat logam bertambah. Dalam satu periode dari kiri ke kanan sifat logam berkurang.
d. Tugas 2 Soal Obyektif 1. Massa suatu unsur sangat ditentukan oleh banyaknya…. . a. elektron dan netron b. elektron dan proton c. proton dan netron d. proton dan nukleon 2. Nomor atom adalah bilangan yang menunjukkan jumlah …. . Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
40
3. Suatu atom dengan massa 207 mempunyai
nomor atom 82,
mempunyai …. a. 82 netron b. 82 proton c. 125 elektron d. 207 proton 4. Atom uranium,
238 92U
mempunyai ….
a. 92 proton dan 146 elektron b. 92 netron dan 238 proton c. 92 elektron dan 146 netron d. 92 proton dan 238 netron 5. Elektron valensi unsur aluminium dengan notasi
27 13
Al adalah …
a. 1 b. 2 c. 3 d. 4 6. Atom oksigen mempunyai nomor atom 8 dan massa 16. Oksigen dapat membentuk ion negatif O2-, maka konfigurasi elektron pada kulit-kulit ion tersebut adalah …. K
L
M
a. 2
4
b. 2
6
c. 2
6
2
d. 2
4
2
7. Tabel sistem periodik Mendeleyev disusun berdasarkan …. a. massa atom b. sifat kelogaman c. nomor atom d. sifat kimia 8. Unsur fluor dengan nomor atom 9 dalam tabel sistem periodik terdapat pada …. a. golongan IA, periode 7 Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
41
b. golongan VIIA, periode 3 c. golongan IA, periode 2 d. golongan VIIA, periode 2 9. Unsur-unsur barium dan radium terdapat dalam golongan …. a. halogen b. alkali c. alkali tanah d. gas mulia 10. Atom-atom yang mempunyai jumlah elektron pada kulit terluar sama adalah …. a. He, Ne, Ar b. Na, Al, Mg c. Mg, Be, Ca d. N, O, P Soal Subyektif 1. Dengan menggunakan data massa atom relatif dari Tabel Sistem Periodik (Tabel 5), tunjukkan ketidakbenaran dari triade Dobereiner. 2. Tunjukkan unsur-unsur yang memiliki kemiripan sifat menurut Newlands! 3. Apakah kesulitan yang kita temui, andaikata kita menggunakan Tabel Sistem Periodik bentuk “Telluric Screw” dari de Chancourtois? 4. Perhatikan Tabel Periodik Mendeleyev: a. Unsur-unsur manakah yang menurut Anda tidak memiliki sifat yang mirip, tetapi dipaksakan termasuk dalam satu golongan? b. Tuliskan pendapat Anda tentang periode 4, 5, dan 6 yang memiliki dua lajur. Apakah keberatan Anda?
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
42
e. Tes Formatif 2 1. Konfigurasi elektron litium, fluor, dan belerang adalah: Litium, Li Fluor, F Belerang, S
2. 1 2. 7 2. 8. 6
Tuliskan rumus ion dan konfigurasi elektron setiap unsur tersebut. 2. Berikut disajikan Tabel Sistem Periodik sederhana. Sejumlah unsur yang ada dilambangkan A, B, C, dan seterusnya. Gunakan lambang tadi untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan berikut.
A B
C
D
E
G
H
(a) Unsur-unsur manakah yang merupakan 1) Segolongan dengan hidrogen 2) Seperiode dengan karbon (b) Berapa banyaknya elektron terluar unsur G (c) Jika unsur G mempunyai 14 proton, berapakah nomor atom H? (d) Unsur manakah yang mempunyai konfigurasi elektron 2. 8. 2? (e) Unsur B dapat membentuk suatu ion 1) Prediksikan ion apa yang terbentuk. 2) Unsur manakah yang memiliki konfigurasi elektron yang sama dengan ion ini?. (f) Bandingkan unsur B dan D, dalam hal apa konfigurasi elektronnya mempunyai: 1) perbedaan; 2) kesamaan. (g) Bandingkan unsur B dan E, dalam hal apa konfigurasi elektronnya mempunyai: 1) perbedaan;
2) kesamaan
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
43
3. Apakah unsur-unsur dengan nomor atom: 11, 12, 17, dan 19 termasuk golongan alkali? Jika tidak, termasuk golongan apa dan mengapa?
f. Kunci Jawaban Formatif 2 1. \Li+ 2;
F- 2. 8;
S2- 2. 8. 8
2. (a) 1) Unsur-unsur segolongan dengan hidrogen: B dan E 2) Unsur-unsur seperiode dengan karbon: B, C, dan D (b) 4 (c) 17 (d) satu nomor setelah unsur E (e) 1) ion B+ 2) unsur A (f) 1) berbeda konfigurasi elektron terluarnya 2) sama jumlah kulitnya (g) 1) berbeda jumlah kulitnya 2) sama konfigurasi elektron terluarnya 3. 11X 2. 8. 1termasuk golongan alkali 12Y 2. 8. 2termasuk golongan alkali tanah 17Z 2. 8. 7termasuk golongan halogen 19A 2. 8. 8. 1
termasuk golongan alkali
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
44
BAB III. EVALUASI A. Tes Tertulis Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas!
Kegiatan Belajar 1 1. Menurut Dalton, apakah arti senyawa dan reaksi kimia itu? 2. Menurut J. J. Thomson, bahwa atom mirip dengan roti kismis. Jelaskan? 3. Jelaskan pendapat Rutherford tentang atom? 4. Uraikan postulat Bohr tentang atom?
Kegiatan belajar 2 1. Lengkapilah tabel berikut dengan mengisi kolom yang masih kosong. Unsur
Lambang
Natrium Kalsium Brom Kalium Aluminium
Na Ca Br K -
Jumlah Proton 11 20 35 19 -
Jumlah Elektron 10 18 36 10
Rumus Ion Na K+ Al3+
2. Manakah yang lebih panjang jari-jari atom/ion berikut?
3.
-
+
a. 12Mg dibanding 20Ca
c. 9F dibanding 11Na
b. 16S dibanding 17Cl
d. 19K+ dibanding 17Cl-
Perhatikan Gambar 19.
a. Unsur-unsur apa sajakah yang berada pada puncak grafik? Apakah artinya? Termasuk unsur-unsur golongan apakah? b. Unsur-unsur apa sajakah yang berada pada bagian terendah dari grafik? Apakah artinya? Termasuk unsur-unsur golongan apakah?
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
45
c. Jelaskan hubungan antara konfigurasi elektron dengan kestabilan unsur-unsur. 4. Perhatikan Tabel 12. a. Unsur apakah yang paling elektronegatif dan paling elektropositif? b. Unsur-unsur apa sajakah dari periode kedua dan ketiga yang termasuk paling elektronegatif?
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
46
KUNCI JAWABAN A. Tes Tertulis Kegiatan Belajar 1 1. Senyawa: hasil penggabungan atom-atom yang tidak sama dengan perbandingan bobot yang proporsional dengan bobot atom yang bergabung itu. Reaksi kimia: penataulangan atom-atom dan tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia. 2. Bahwa di dalam atom terdapat elektron-elektron yang tersebar secara merata dalam “bola” bermuatan positip, sehingga mirip roti kismis. 3. Atom disusun dari inti atom yang bermuatan positip dan elektron-elektron yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom. Dalam atom yang netral, banyaknya inti atom yang bermuatan positip sama dengan banyaknya elektron. 4. Postulat Bohr tentang atom: a.
Elektron dalam suatu atom bergerak mengitari sekeliling inti pada orbit/tingkat energi tertentu.
b.
Lebih jauh tingkat energi dari inti, maka lebih besar pula energinya.
c.
Energi akan diemisikan bila elektron bergerak dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah.
d.
Energi akan diabsorpsi bila elektron bergerak dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi.
e.
Energi tidak diemisikan atau diabsorpsi secara pelan-pelan, tetapi dalam satuan/paket h (disebut kuantum).
Kegiatan Belajar 2 1. Lengkapilah tabel berikut dengan mengisi kolom yang masih kosong. Unsur Natrium Kalsium Brom Kalium Aluminium
Lambang Na Ca Br K
(a)Al
Jumlah Proton 11 20 35 19 13
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
Jumlah Elektron 10 18 36 18 10
Rumus Ion Na Ca2+ Br-+ K Al3+ 47
2. Panjang jari-jari atom/ion berikut: a. 12Mg < 20Ca b. 16S > 17Cl 3. Gambar 19.
+ c. 9F > 11Na + d. 19K < 17Cl
a. Unsur-unsur golongan gas mulia: Ne, Ar, Kr, dan Xe sulit membentuk ion positip. b. Unsur-unsur golongan alkali: Li, Na, K, Rb, dan Cs sangat mudah melepas elektron untuk membentuk ion positip. c. Unsur-unsur akan stabil bila konfigurasi elektronnya seperti gas mulia.
4. Tabel 12. a. Unsur F paling elektronegatif dan unsur Fr paling elektropositif. b. Unsur-unsur F dan Cl.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
48
KRITERIA PENILAIAN No Butir Soal
Skor Maksimum
1 2 3 4
10 5 15 20
Kegiatan Belajar 1
Kegiatan Belajar 2 1 2 3 4 Total Skor
Skor Perolehan
10 15 15 10 100
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
49
BAB IV. PENUTUP
Setelah menyelesaikan modul ini, anda diwajibkan memenuhi syarat kelulusan hasil evaluasi. Apabila Anda dinyatakan memenuhi syarat kelulusan dari hasil evaluasi dalam modul ini, maka Anda berhak untuk melanjutkan ke modul berikutnya, dengan topik sesuai dengan peta kedudukan modul.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
50
DAFTAR PUSTAKA
Brady, James and Humiston, 1986. General Chemistry 4/E Principle and Structure, SI Version. New York: John Wiley & Sons. Petruci, Ralph. dan H Suminar, 1989. Kimia dasar Prinsip dan Terapan Modern Jilid 3 , Edisi keempat. Jakarta: Penerbit Erlangga. Petruci, Ralph. dan H Suminar, 1989. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern Jilid 1 , Edisi keempat. Jakarta: Penerbit Erlangga. Smoot, Robert C. et al. , 1989. Merrill Chemistry. New York: Glencoe Macmillan/ Mcgraw-Hill. Briggs, JGR, 2002. Chemistry Insights. Singapore: Pearson Education Pte Ltd. Briggs, JGR, 2002. Science in Focus Chemistry for GCE ‘O’ Level . Singapore: Pearson Education Pte Ltd.
Modul Kim. 03. Struktur Atom dan Sistem Periodik
51
